大冻结难撼大爆炸

挑战者众多

　　必须承认，虽然大爆炸理论从提出到现在，得到了众多观测事实的佐证，但是仍然存在一些无法解决的问题。

　　现在被广为接受的大爆炸理论，是上世纪30年代比利时天主教牧师乔治·爱德华·勒梅特提出的。据当时美国科学家哈勃发现的宇宙膨胀现象，他提出宇宙起源于一个原始原子思想。这个原始原子只比太阳大30倍左右，却是含有我们今天所见宇宙中全部物质的球体。

　　是这个球的大爆炸创造了现在膨胀的宇宙。1946年，他把这些思想总结在他的著作《原始原子假说》中。此后前苏联科学家乔治·伽莫夫解决了大爆炸中元素如何形成的问题，并预测了宇宙中氢、氦元素的丰度比例。在他的预测被观测证实后，大爆炸开始被主流科学界所接受。

　　到了1964年，天文学家发现了大爆炸理论所预测的微波背景辐射。在众多科学家的不断完善下，这成为支持大爆炸理论的关键证据，也使大爆炸理论成为目前公认最好的宇宙起源理论。

　　但是大爆炸理论也有一定的缺陷。中科院理论物理研究所研究员李淼告诉财新记者，大爆炸理论目前有几个大问题没有解决，其中有几个涉及基础理论本身，如大爆炸是怎么来的（如此大的能量集中在一点，为何没有变成黑洞）？还有是暗能量的起源问题。

　　他说，目前的宇宙学是建立在广义相对论和量子场论基础上的，缺陷是倒推到宇宙更早的时候有很大困难，对于量子引力不了解。目前解决的方法是：假定就是这样，推导出有什么结果，再通过观测去证实，这都是一个惟象模型。“就是不问它的理论基础，包括粒子标准模型，都是通过观测证实的。”实际上，大爆炸理论的缺陷，来自于广义相对论与量子场论无法统一的困境。要走出这一困境，要么是提出新的理论取代现有的理论，要么是找到新的证据弥补现在的缺陷。在两个方向上，都有很多科学家在不懈努力。

　　虽然这样的理论还没有被发现，但是科学家已经给这个理论想好了名字，就是“万有理论（ToE）”。如果能发现这一理论，它将对宇宙的运行做出最基本的解释，也就可以囊括我们对未来的理解。把量子力学和广义相对论统一起来是“万有理论”的前提，而弦论目前来说是最接近完备的一个理论。弦论认为基本粒子其实根本不是粒子，而是细小的弦，因为它们太小，所以用科学仪器“看起来”像粒子。

　　但是，到目前为止，弦论的理论学家还没有预测可以进行的试验。所以弦论只是一个理论。而且这个理论现在有太多的变体，其中任何一种都可能是正确的。作为国内为数不多的资深弦论专家之一，李淼承认弦论也存在很大缺陷。他说，弦论的好处是不仅能解释现有的现象，还可能包括不同于现在的现象。但它有两个最大的缺陷，第一是时空的曲率足够大的时候，就是引力太强的时候，没法计算。这在原则上是可以解决的，但是我们原来的技巧都没有用。

　　还有一个问题是，弦论允许多种不同的粒子模型，为什么我们的宇宙会选择了现在的模型？当然这个问题在一定程度上可以由弦论自己解决，因为弦论允许多元宇宙的存在，我们只是碰巧处在一个选择了这种粒子模型的宇宙中。

　　目前，弦论是传统理论最大的挑战者，此外还有很多。2010年，英国科普杂志《新科学家》曾经总结了七种新的“万有理论”候选者，其中就包括了弦论和考奇等人所提到的量子引力图论。

　　量子引力图论于2006年由加拿大物理学家弗提尼·马可波罗·卡拉马拉(Fotini Markopoulou-Kalamara)提出，她是美国《探索》杂志选出的具有爱因斯坦潜质的六名科学家中最年轻的一位，也是惟一的女性。她的前夫李·斯莫林（Lee Smolin）所擅长的圈量子引力理论（Loop quantum gravity）也是万有理论的候选者之一。这是到目前为止惟一可以和弦论抗衡的理论，弦论把世界看作一条条弦，圈量子引力理论则把世界看成一个个圈。

　　其他挑战者还包括，因果动力三角论（CDT），量子爱因斯坦引力论（Quantum Einstein gravity），内部相对论（Internal relativity）以及E8理论。

　　其中E8理论最为特别，在美国物理学家加勒特·里希（Garrett Lisi）提出这个八维数学模型中，有着248个点，已知的基本粒子和力可以被放在E8模型的点上，并且自然地出现了它们间的相互作用。在《探索》杂志评选的最具爱因斯坦潜质的科学家中，里希排名第一，甚至在著名的英国物理学家霍金之前。